JPH05190829A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電荷転送素子における電荷転送効率を向上さ
せる。 【構成】 並設された複数の光電変換素子１からなる光
電変換素子列と、この光電変換素子列に隣接して設けら
れた電荷転送素子とを備え、この電荷転送素子は電荷転
送路３５とこの電荷転送路上に各光電変換素子毎に設け
られた電荷読出電極３０Ａと電荷転送電極３０Ｂとから
構成されている固体撮像素子において、前記各光電変換
素子の電荷転送素子側の辺部を除く他の辺部に素子分離
用拡散層１０が形成されているとともに、前記電荷転送
電極に電荷転送電圧を印加してもその電圧で前記光電変
換素子からの電荷が電荷転送素子の電荷転送路へと転送
されないようにした手段が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に係り、
特に、その光電変換素子を囲む素子分離用拡散層の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は、複数の光電変換素子が
形成された領域に光像が投影された際に、各光電変換素
子に光強度に応じた量の電荷を発生することから、これ
ら各電荷を電荷転送素子によって光像投影領域外に転送
し、それぞれの光電変換素子に対応する電荷量をそれぞ
れ例えば電圧値に変換して、これにより得られる信号を
映像信号として出力するようになっている。

【０００３】そして、前記電荷転送素子は、一の光電変
換素子に隣接する電荷転送路上毎にその転送方向に沿っ
て電荷転送電極と電荷読出電極とが並設されて構成さ
れ、また、前記光電変換素子の前記電荷読出電極下を除
く他の辺部には素子分離用拡散層が形成されたものとな
っている。

【０００４】このような構成からなる固体撮像素子は、
たとえば、文献「映像情報 １９８６ ５月号 Ｖｏ
Ｌ．１８ 産業開発機構ＫＫ発行」において詳述されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成からなる固体撮像素子は、電荷転送素子における
電荷転送路と光電変換素子との境界部にて素子分離用拡
散層が形成されている領域（電荷転送電極下の領域）と
形成されていない領域（電荷読出電極下の領域）とがあ
り、これが原因して電荷転送路はその転送方向において
不純物濃度の均一化が図れなかった。けだし、前記素子
分離用拡散層と電荷転送路を構成する拡散層とは異なる
導電型の拡散層どうしであるため、電荷転送路のうちで
素子分離用拡散層と隣接する部分は他の部分と比較して
不純物濃度が薄くなってしまうからである。

【０００６】このため、電荷転送路はその転送方向に沿
ってポテンシャルの高低にばらつきが生じ、電荷転送に
不良が生じてしまうという弊害が生じていた。

【０００７】それ故、本発明は、このような事情に基づ
いてなされたものであり、その目的とするところのもの
は、電荷転送素子における電荷転送効率の向上を図った
固体撮像素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、基本的には、並設された複数の光
電変換素子からなる光電変換素子列と、この光電変換素
子列に隣接して設けられた電荷転送素子とを備え、この
電荷転送素子は電荷転送路とこの電荷転送路上に各光電
変換素子毎に設けられた電荷読出電極と電荷転送電極と
から構成されている固体撮像素子において、前記各光電
変換素子の電荷転送素子側の辺部を除く他の辺部に素子
分離用拡散層が形成されているとともに、前記電荷転送
電極に電荷転送電圧を印加してもその電圧で前記光電変
換素子からの電荷が電荷転送素子の電荷転送路へと転送
されないようにした手段が設けられていることを特徴と
するものである。

【０００９】

【作用】このように構成した固体撮像素子は、各光電変
換素子の電荷転送素子側の辺部を除く他の辺部に素子分
離用拡散層が形成されたものとなっており、したがっ
て、特に各光電変換素子の電荷転送素子側の辺部には全
く素子分離用拡散層が形成されていないことにある。

【００１０】このため、電荷転送素子の電荷転送路にお
いては、その長手方向に沿って前記素子分離用拡散層に
よる影響がほとんど同じとなり、該素子分離用拡散層に
よって不純物濃度が低くなってしまうといった領域が形
成されるようなことはなくなる。

【００１１】このことは、電荷転送素子の電荷転送路に
沿ってポテンシャルの高さが均一となることから、従来
のように転送不良が生じるというようなことはなくな
る。

【００１２】なお、本発明は、また、上述した構成を採
るとともに、電荷転送電極に電荷転送電圧を印加しても
その電圧で前記光電変換素子からの電荷が電荷転送素子
の電荷転送路へと転送されないようにした手段を設ける
ようにしたものである。

【００１３】この手段は、上述の素子分離用拡散層以外
の手段でなされるものであり、たとえば、電荷転送電極
における転送電圧を印加しても、その電荷転送電極下の
半導体層表面に光電変換素子と電荷転送素子の電荷転送
路を接続させるチャネル層を形成させないように構成さ
れるものである。

【００１４】

【実施例】図２は、本発明による固体撮像装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【００１５】同図は、一チップの半導体基板の主表面に
図示のような配列で各素子が形成されたものとなってい
る。同図において、前記半導体基板の主表面の光像投影
領域に複数のフォトダイオード１がマトリックス状に配
列されて形成されている。

【００１６】ここで、フォトダイオード１は、光照射に
よりその光の強度に応じて電荷を発生する光電変換素子
である。

【００１７】また、列方向（図中、縦方向）に配列され
たフォトダイオード１の群毎に該列方向に沿って形成さ
れた垂直シフトレジスタ２があり、これら各垂直シフト
レジスタ２はＣＣＤ素子から構成されている。

【００１８】これら垂直シフトレジスタ２は、それぞれ
列方向に配列された各フォトダイオード１にて発生した
電荷を読出すとともに、この電荷を列方向に沿って前記
光像投影領域外に転送させるものとなっている。

【００１９】なお、各フォトダイオード１から垂直シフ
トレジスタ２への電荷読出しは、図示しない電荷読出電
極によりなされるようになっている。

【００２０】さらに、各垂直シフトレジスタ２からそれ
ぞれ転送されてきた電荷は、水平シフトレジスタ４に出
力され、この水平シフトレジスタ４によって水平方向に
転送されるようになっている。この水平シフトレジスタ
４は、前記各垂直シフトレジスタ２と同様にＣＣＤ素子
により構成されている。

【００２１】水平シフトレジスタ４からの出力は、出力
回路５に入力され、この出力回路５において例えば電圧
に変換され、外部に取り出されるようになっている。

【００２２】そして、このように各素子が形成された半
導体基板の主表面には、各フォトダイオード１が形成さ
れている領域において開口が形成されることにより、各
フォトダイオード１のみを露呈させる遮光膜（図示せ
ず）が形成されている。

【００２３】図３は、前記垂直シフトレジスタ２である
ＣＣＤ素子とフォトダイオード１との関係を詳細に示し
た平面構成図である。

【００２４】同図において、図中散点領域で示すＮ型拡
散層２３の形成領域がフォトダイオード１の形成領域と
なっており、これらフォトダイオード１はマトリックス
状に配置されている。なお、このフォトダイオード１の
Ｎ型拡散層２３の表面には、同図では図示していない
が、いわゆる暗電流防止のためのＰ型拡散層２４（図４
参照）が形成されたものとなっている。

【００２５】そして、列方向（図中縦方向）に配置され
た各フォトダイオード群の間には、電荷転送路３５が形
成されている。電荷転送路３５は、図中左側に位置付け
られている各フォトダイオード１からの電荷を読みだし
た後に転送を行うようになっている。

【００２６】電荷の読みだしおよび転送は、二層目に形
成された転送電極３０Ａ（この明細書ではこの転送電極
３０Ａを以下読出電極３０Ａと称する）、一層目に形成
された転送電極３０Ｂによってなされるようになってい
る。

【００２７】転送電極３０Ｂおよび読出電極３０Ａはそ
れぞれ電荷転送路３５に沿って順次交互に配置されてい
るとともに、電荷転送路方向における読出電極３０Ａ
（二層目）の両端は、それぞれ転送電極３０Ｂ（一層
目）の上方に位置付けられ重畳領域を有するようになっ
ている。

【００２８】また、読出電極３０Ａの両脇辺（電荷転送
路３５と平行な辺）は、その一方の辺において転送電極
３０Ｂの対応する辺の延長線上に位置付けられている
が、他方の辺はフォトダイオード１の領域に及んで延在
されている。この読出電極３０Ａは転送電極としての機
能を有するが、前記延在部によって、該フォトダイオー
ド１の電荷を読みだすための機能を持たせている。

【００２９】そして、これら各電荷転送路３５上の転送
電極３０Ｂ、読出電極３０Ａは、隣接する電荷転送路３
５上の転送電極３０Ｂ、読出電極３０Ａと共通に転送信
号が印加されるようにそれらは互いに接続されている。

【００３０】図１は、図３における転送電極３０Ｂ、読
出電極３０Ａ、そして図示しないゲート酸化膜を除去
し、半導体基板表面に露呈されている拡散層を示した平
面図である。同図において、電荷転送路３５を構成する
Ｎ型拡散層２５が複数個平行に形成されている。そし
て、各電荷転送路３５における図中左側にはフォトダイ
オード１を構成するＮ型拡散層２３が電荷転送路３５の
延在方向に沿って複数個並設されている。

【００３１】そして、各フォトダイオード１との間、お
よび図中左側に位置付けられる電荷転送路３５との間を
電気的に分離するための素子分離用拡散層１０がＰ型拡
散層によって形成されたものとなっているが、この実施
例では、特に、電荷が読みだされる電荷転送路３５側の
辺には、全く形成されておらず、残りの辺に相当する部
分のみに形成されていることにある。

【００３２】このように、フォトダイオード１を囲む素
子分離用拡散層１０が、該フォトダイオード１から電荷
が読みだされる電荷転送路３５側に形成されることはな
いことから、該電荷転送路３５は前記素子分離用拡散層
１０の影響によってその不純物濃度が薄くなるというよ
うな影響をうけることがなくなる。したがって、電荷転
送路３５におけるその電荷転送方向に沿った不純物濃度
は均一性が維持されることになる。

【００３３】図１における電荷転送路３５のａ−ａ（転
送電極３０Ｂ下）、およびｂ−ｂ（読出電極３０Ａ下）
におけるポテンシャルφ分布は、図７に示すように、い
ずれにおいても同じになっていることが判る。したがっ
て、ポテンシャルφ分布の均一性から電荷転送効率の向
上が図れるようになる。

【００３４】ここで、従来の固体撮像素子と本実施例の
固体撮像素子とを比較して本実施例の固体撮像素子の効
果を明確にする。

【００３５】図８は、従来の固体撮像素子の構成を示す
図で、本実施例である図１の構成に対応づけられてい
る。図８において、分離素子用拡散層１０は、読出電極
３０Ａ下においてのみ形成されておらず、この部分を除
いてほぼフォトダイオード１を構成するＮ型拡散層２３
を囲むようにして形成されている。このため分離素子用
拡散層１０は図１の場合と比較して転送電極３０Ｂ下に
も形成されていることにある。この場合、図１と対応す
る個所において同様にポテンシャルφ分布を調べると、
図７の点線部分から明らかとなるように、転送電極３０
Ｂ下においてポテンシャルが低くなっている。

【００３６】そして、図４は、図３におけるＶI−ＶI線
における断面を示す構成図である。

【００３７】同図において、Ｎ型半導体基板２１があ
り、このＮ型半導体基板２１の表面には濃度の低いＰ型
半導体層からなるＰ型ウェル層２２が形成されている。
そして、このＰ型ウェル層２２の表面には、Ｎ型拡散層
２３が形成され、前記Ｐ型ウェル層２２とともにフォト
ダイオード１を構成している。

【００３８】また、このフォトダイオード１を構成する
Ｎ型拡散層２３の表面には、濃度の高いＰ型拡散層２４
が形成されている。このＰ型拡散層２４は、いわゆる暗
電流を防止するための拡散層となっている。

【００３９】さらに、フォトダイオード１を構成するＮ
型拡散層２３に近接して、前記Ｐ型ウェル層２２の表面
には、垂直シフトレジスタ２の電荷転送路（図１で電荷
転送路３５で示す）であるＮ型拡散層２５が形成されて
いる。なお、このＮ型拡散層２５は、いわゆるスミア防
止のため、前記Ｐ型ウェル層２２に形成された濃度の高
いＰ型ウェル層２６の表面に形成されたものとなってい
る。

【００４０】そして、このように種々の拡散層が形成さ
れた主表面には、たとえばシリコン酸化膜からなる絶縁
膜２７を介して、読出電極３０Ａが形成されている。

【００４１】そして、この読出電極３０Ａはフォトダイ
オード１のＮ型拡散層２３と電荷転送路３５であるＮ型
拡散層２５との間のＰ型拡散層２６の表面を覆うように
して形成され、該読出電極３０Ａに読出電圧を印加する
ことにより該表面にチャネル層が形成されて電荷読み出
しがなされるようになっている。

【００４２】さらに、読出電極３０Ａおよびフォトダイ
オード１の領域を覆って酸化膜からなる絶縁膜２７が形
成され、この絶縁膜２７の上面には、前記フォトダイオ
ード１の形成領域を除いて（したがって開口が形成され
て）たとえばアルミニュウムからなる遮光膜２８が形成
されている。

【００４３】図５は、図３におけるＶ−Ｖ線の断面図で
ある。

【００４４】図４と同符号のものは同一部分を示してい
る。同図において、図４と異なる構成は、転送電極３０
Ｂとフォトダイオード１を構成するＮ型拡散層２３にあ
る。すなわち、転送電極３０Ｂのフォトダイオード１側
の端辺とフォトダイオード１を構成するＮ型拡散層の転
送電極３０Ｂ側の端辺は、図中αの分だけ離間されて形
成され、これにより転送電極３０Ｂに転送電圧が印加さ
れても、Ｐ型拡散層２６の表面にチャンネル層等ができ
て電荷読出がなされないようになっている。

【００４５】このような構成は、本実施例における素子
分離用拡散層の改良にともなってなされなければならな
い必要構成となるものである。

【００４６】要は、転送電極３０Ｂに転送電圧を印加し
てもその電圧でフォトダイオード１からの電荷が電荷転
送路３５へと転送されないようにした手段を素子分離用
拡散層以外の手段によって設けることにより、該素子分
離用拡散層による弊害を除こうとしているからである。

【００４７】このため、図６に示すように、フォトダイ
オード１を構成するＮ型拡散層２３と電荷転送路３５を
構成するＮ型拡散層２５の間のＰ型拡散層２６の表面を
覆って転送電極３０Ｂが形成されていようとも、前記Ｎ
型拡散層２３の表面に形成されるいわゆる暗電流防止の
ためのＰ型拡散層２４を、転送電極３０Ｂ下にまで延在
させた延在部６０を形成することにより、上述したと同
様の手段を構成することができる。

【００４８】以上説明した実施例による固体撮像素子に
よれば、各フォトダイオード１のＣＣＤ素子側の辺部を
除く他の辺部に素子分離用拡散層１０が形成されたもの
となっており、したがって、特に各フォトダイオード１
のＣＣＤ素子側の辺部には全く素子分離用拡散層１０が
形成されていないことになる。

【００４９】このため、ＣＣＤ素子の電荷転送路３５に
おいては、その長手方向に沿って前記素子分離用拡散層
１０による影響がほとんど同じとなり、該素子分離用拡
散層１０によって不純物濃度が低くなってしまうといっ
た領域が形成されるようなことはなくなる。

【００５０】このことは、ＣＣＤ素子の電荷転送路３５
に沿ってポテンシャルの高さが均一となることから、従
来のように転送不良が生じるというようなことはなくな
る。

【００５１】なお、本実施例は、また、上述した構成を
採るとともに、転送電極３０Ｂに転送電圧を印加しても
その電圧でフォトダイオード１からの電荷がＣＣＤ素子
の電荷転送路３５へと転送されないようにした手段を設
けるようにしたものである。

【００５２】この手段は、上述の素子分離用拡散層１０
以外の手段でなされるものであり、これにより、本実施
例はこの素子分離用拡散層１０による弊害を除去するも
のである。

【００５３】上述した実施例では、いわゆるエリアセン
サと称される固体撮像素子について説明したものである
が、これに限定されることはなく、たとえば光電変換素
子をライン状に並設させて構成したラインセンサからな
る固体撮像素子についても適用できることはいうまでも
ない。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による固体撮像素子によれば、その電荷転送素子
における電荷転送効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による固体撮像素子の一実施例を示す
説明図で、特に素子分離用拡散層のパターンを示す平面
図である。

【図２】 本発明による固体撮像素子の一実施例を示す
全体概略図である。

【図３】 本発明による固体撮像素子における電荷読出
電極および電荷転送電極のパターンの一実施例を示す平
面図である。

【図４】 図３のＶ−Ｖ線における断面図である。

【図５】 図３のＶI−ＶI線における断面図である。

【図６】 本発明による固体撮像素子の他の実施例を示
す断面図である。

【図７】 本発明による固体撮像素子の効果を従来の場
合と比較したグラフである。

【図８】 従来の固体撮像素子の一例を示した構成図
で、特に素子分離用拡散層のパターンを示した平面図で
ある。

【符号の説明】

１…フォトダイオード、１０…素子分離用拡散層、３０
Ａ…読出電極、３０Ｂ…転送電極、３５…電荷転送路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並設された複数の光電変換素子からなる
   光電変換素子列と、この光電変換素子列に隣接して設け
   られた電荷転送素子とを備え、この電荷転送素子は電荷
   転送路とこの電荷転送路上に各光電変換素子毎に設けら
   れた電荷読出電極と電荷転送電極とから構成されている
   固体撮像素子において、前記各光電変換素子の電荷転送
   素子側の辺部を除く他の辺部に素子分離用拡散層が形成
   されているとともに、前記電荷転送電極に電荷転送電圧
   を印加してもその電圧で前記光電変換素子からの電荷が
   電荷転送素子の電荷転送路へと転送されないようにした
   手段が設けられていることを特徴とする固体撮像素子。